spectre solaire

[psco]

Le spectre solaire contient des raies d'absorption.
Entre deux raies d'absorption qui se suivent, le spectre paraît continu. Cela m'étonne et me semble en contradiction avec le fait que les photons sont émis de matière quantique.
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[ThM55]

Bonjour. Quantique ne signifie pas toujours "discret". En mécanique quantique, en général un spectre discret de la lumière résulte du caractère discret du spectre d'énergie des électrons qui sont liés dans un atome. Un électron ou un ion libres ont un spectre d'énergie continu. Le centre du soleil est trop chaud pour que les électrons restent liés aux atomes, on a ce qu'on appelle un plasma et il n'y a pas de niveaux discrets d'énergie.

La lumière issue du Soleil a son origine au centre de celui-ci. Un photon qui est émis au centre ne sort que très lentement vers la surface, il subit un nombre immense de diffusions par la matière à l'état de plasma, avec des particules libres et non pas des électrons liés avec un atome. Comme ces ions et électrons sont en mouvement très rapide dans toutes les directions (à cause de la très haute température), ces photons sont diffusés avec des changements de longueurs d'ondes très larges. Ils sont en fait thermalisés par l'interaction avec la matière et ce qui en sort est en gros un rayonnement de corps noir, qui comme on le sait a un spectre continu (formule de Planck).

Quand le photon sort du soleil, il se propage librement mais peut encore être absorbé par des gaz atomiques plus froids, dans lesquels les électrons sont liés et ont un spectre discret. C'est pourquoi on voit des raies d'absorption.

[chris28000]

Entre deux raies d'absorption qui se suivent, le spectre paraît continu. Cela m'étonne et me semble en contradiction avec le fait que les photons sont émis de matière quantique.

même si vous regardez les raies d'une lampe au sodium, elles ont une largeur, cela vient du fait que les atomes sont en mouvement, il y a un effet doppler.

[ThM55]

Par exemple, le spectre de l'hydrogène est décrit dans cette figure sur Wikipedia:

https://commons.wikimedia.org/wiki/F...svg?uselang=fr

Les horizontales sont les niveaux possibles de l'énergie de l'électron. Les verticales représentent les différences possibles quand des photons sont émis ou absorbés si l'électron change de niveau. Les niveaux d'énergie (les horizontales) sont discrets et il y en a une infinité. On voit qu'ils sont de plus en plus proches l'un de l'autre quand ils augmentent. Finalement on arrive à ce qui est marqué comme "électron libre". La différence d'énergie entre l'état le plus bas et l'électron libre est d'environ 13 eV. La figure s'arrête là, mais on peut évidemment donner à l'électron une énergie plus grande. Le spectre d'énergie de cet électron est un continuum sans limite au dessus de cette énergie de 13 eV, mais on ne le représente plus dans cette figure car dans ce cas l'électron n'est plus du tout lié au proton, il s'en va vivre sa vie ailleurs. On peut par exemple projeter sur l'atome un rayon X de plusieurs milliers d'électron-volts, il va entrer en collision avec l'électron et l'arracher, lui procurant une énergie 1000 fois plus grande que ce niveau de 13 eV. La plupart des atomes au sein du soleil sont ainsi ionisés.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Deedee81]

Salut,

Les raies ne sont pas des raies (sic). Elles sont élargies pour deux raisons :

https://fr.wikipedia.org/wiki/Largeu...raie_spectrale
Déjà cité plus haut. C'est généralement l'effet dominant (en tout cas dès qu'il y a température élevée... comme le Soleil).

Ici ils parlent aussi de la largeur naturelle des raies :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Raie_s...%A9nom%C3%A8ne
https://fr.wikipedia.org/wiki/Principe_d%27incertitude
Ce phénomène est dû au principe d'incertitude (l'incertitude sur l'énergie d'un processus fois sa durée est supérieur ou égal à la constante de Planck réduite). Il est surtout dominant à basse température mais il peut même cacher totalement un spectre de raie quand ce spectre est "trop serré", cela arrive souvent avec les spectres de vibration.

Il y a aussi un élargissement collisionnel qui ne doit pas être négligeable pour le soleil (à confirmer).

[Sethy]

Je suis un peu surpris que personne n'évoque le rayonnement du corps noir ? Il me semble qu'au delà des raies, c'est quand même à lui qu'est du une bonne part du continuum du spectre solaire.

Car (à ma connaissance), le soleil peut-être considéré comme un corps noir. La définition d'un tel corps est que le spectre d'émission ne dépend que de sa t° (je parle ici du corps noir "théorique", pas du soleil).

Jusqu'à une certaine température, seuls les I.R. sont émis (ex : radiateur dont on "sent" le rayonnement à proximité). Lorsqu'on élève encore la t°, le corps rougit puis la couleur devient orangé, jaune et enfin le corps est chauffé "à blanc".

"Logiquement" la couleur devrait continuer à parcourir l'ordre de l'arc-en-ciel (rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet) mais ... lorsqu'on mélange ces couleurs on obtient de la lumière blanche ... Et c'est pour cela qu'après avoir successivement pris les 3 premières couleurs du spectre, c'est finalement le blanc qui domine.

[chris28000]

Je suis un peu surpris que personne n'évoque le rayonnement du corps noir ? Il me semble qu'au delà des raies, c'est quand même à lui qu'est du une bonne part du continuum du spectre solaire.

Voir ce que dit Deedee81 qui , ne se contentant pas de dire que le soleil est un corps noir, vous explique pourquoi le spectre d'un corps noir est continu.

[ThM55]

Je suis un peu surpris que personne n'évoque le rayonnement du corps noir ?

Euhh... si, j'en ai parlé dans ma réponse. Dois-je en conclure que je ne suis personne? "Mon nom est personne", ça me rappelle quelque chose.

[albanxiii]

Cela m'étonne et me semble en contradiction avec le fait que les photons sont émis de matière quantique.

Je veux bien un exemple où "les" photons ne sont pas émis de manière quantique.

[Deedee81]

Salut,

Je veux bien un exemple où "les" photons ne sont pas émis de manière quantique.

Ahma c'est ça son problème : parce qu'il n'y en a pas

Ca me fait penser à deux autres points importants.

Dans la photosphère solaire, le gaz est un plasma, fortement ionisé. Il contient donc beaucoup d'électrons libres. Une grande part du rayonnement (de type corps noir) vient de ces électrons "thermalisés", ayant une gamme de vitesses très variables, lors de collisions/diffusions qui changent la vitesse de ces électrons (tant en grandeur qu'en direction), ce qui provoque l'émission de rayonnement (rayonnement de type freinage). Outre le fait ce rayonnement est continu en longueur d'onde (même en mécanique quantique), les vitesses des électrons étant quelconques, on aura un spectre continu (les états quantifiés ne se retrouvent que dans les états liés.... ou des électrons coincés dans une boite et ici le Soleil est une boite plutôt grande , ça rend la quantification correspondante totalement inobservable).

Ensuite, le rayonnement se faisant par photon il a de facto un caractère discontinu. Mais bien entendu quand on mesure le spectre du Soleil, c'est des milliards de milliards de photons qu'on reçoit. C'est inobservable. L'exception est l'observation d'astres/galaxies extrêmement loin, donc très très peu lumineux. Dans ce cas il n'est pas rare de capter les photons littéralement un par un. On les captes avec une caméra CCD ultra sensible. Mais évidemment l'émission de ces photons obéissant à l'aléatoire quantique, un photon seul n'apporte guère d'info. Il faut cumuler les données jusqu'à avoir assez d'infos pour la mesure du spectre et c'est alors comme si on avait reçu un grand nombre de photons. Faut juste être patient